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Defects in cdmnte crystals for nuclear detector applications

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Journal of Semiconductors 2013年第4期34卷 15-19页

作者：杜园园介万奇徐亚东郑昕王涛于晖 State Key Laboratory of Solidification Processing School of Materials Science and EngineeringNorthwestern Polytechnical University

A laser scanning confocal microscope （LSCM） and a field-emission scanning electron microscope （FE- SEM） were used to study the defects in cdmnte crystals, such as twin boundaries, Te inclusions, and dislocations. Twin boundaries were usually decorated with Te inclusions, which could induce dislocations. The optical, elec- trical properties and detector performance of cdmnte crystals with twins and free of twins were compared. The results showed that the wafers with a high density of twins usually had lower average IR transmittance and poorer crystalline quality. Besides, the energy spectra indicated that twin boundaries in a cdmnte detector had a negative effect on detector performance; the values of both the energy resolution and （μτ）e were nearly half of those for a single crystal detector.

关键词： cdmnte twin boundary Te inclusions dislocations detector response

移动加热器法生长cdmnte晶体的性能研究

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人工晶体学报 2014年第1期43卷 13-18页

作者：沈萍张继军王林军沈敏梁巍孟华上海大学材料科学与工程学院上海200444

采用垂直布里奇曼法（VB）生长cdmnte晶体，由于生长温度高、堆垛层错能低、热应力大等因素，晶体中存在大量孪晶、杂质、夹杂相等，限制其在核辐射探测器方面的应用。为了提高晶体的质量，本文采用移动加热器法（travelling heater met... 详细信息

采用垂直布里奇曼法（VB）生长cdmnte晶体，由于生长温度高、堆垛层错能低、热应力大等因素，晶体中存在大量孪晶、杂质、夹杂相等，限制其在核辐射探测器方面的应用。为了提高晶体的质量，本文采用移动加热器法（travelling heater method，THM）生长cdmnte晶体，对该方法生长的晶体中Mn的轴向分布、杂质浓度、Te夹杂和电学性能进行测试分析，并与VB法生长的晶体作对比。结果表明THM法生长的cdmnte晶体中Mn的轴向分布均匀，杂质浓度低于VB法制得的晶体，Te夹杂的尺寸5～25μm，浓度10^3cm^-3，电阻率为10^9-10^10Ω·cm，导电类型为弱n型，制备的探测器在室温下对蝴Am放射源有能谱响应。实验表明THM法生长的CMT晶体在晶体质量和电学性能方面明显优于VB法。

关键词： cdmnte 移动加热器法垂直布里奇曼法 Te夹杂电学性能

Growth interface of cdmnte crystal by traveling heater method

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2016年第5期26卷 1433-1438页

作者：吴文其张继军王林军闵嘉华温旭亮梁小燕黄建唐可上海大学材料科学与工程学院上海200444

The growth interfaces of cdmnte（CMT） crystals grown by traveling heater method（THM） were studied. Two types of polycrystalline CMT feed ingots synthesized in a traditional rocking furnace and vertical Bridgman（VB） furnace were adopted in THM growth, and the effects of the polycrystalline feed on the growth interface were revealed. The morphology of the growth interface of CMT crystal（CMT2） grown from the feed by vertical Bridgman was smoother with lower curvature compared with that of CMT crystal（CMT1） from the feed by rocking furnace. The radial Mn composition and Te inclusion distribution of the CMT wafers were analyzed and correlated to the growth interface. The Mn segregation along the radial direction and Te inclusion density of CMT2 were lower than those of CMT1. The VB method synthesized polycrystalline feed could improve the growth interface morphology, which is beneficial for decreasing the Te inclusions and Mn segregation in CMT wafers.

关键词： cdmnte traveling heater method growth interface polycrystalline feed material

Te inclusions in cdmnte crystal grown by the traveling heater method and their effects on the electrical properties

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Te inclusions in CdMnTe crystal grown by the traveling heate...

温度场对移动加热器法生长cdmnte晶体性能影响研究

第八届中国功能材料及其应用学术会议

作者： SHEN Ping ZHANG Ji-jun WANG Lin-jun MIN Jia-hua HUANG Jian LIANG Xiao-yan TANG Ke SHEN Min WANG Lin XIA Yi-ben School of Materials science and engineering Shanghai University

The concentration and size distribution of Te inclusions in cdmnte(CMT) are key factors in nuclear devices’ *** concentrations and large size can degrade the performance drastically,especially forelectrical *** this paper,the Te inclusionsalong the axial and radial directionsin CMT crystal grown by the Traveling Heater Method(THM)technique were revealed by Infrared microscopic *** resistivity of the CMT wafers was measured by the current-voltage(Ⅰ-Ⅴ) curves,and the correlation between the Te inclusions and resistivity was *** size and concentration of Te inclusion seriously affect the resistivity of the CMT crystal.

关键词： cdmnte Te inclusions Distribution Infrared microscopic Traveling Heater Method

来源： cnki会议评论

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温度场对移动加热器法生长CdMnTe晶体性能影响研究

作者：吴文其上海大学

学位级别：硕士

CdMnxTe(cdmnte)晶体是一种性能优异的新型三元化合物半导体材料,具有禁带宽度大、平均原子序数高和密度大等优点,可以替代CdZnTe晶体成为辐射探测器的主要候选材料,广泛地应用于核医学、空间科学、机场安检、核废料监测及其它核技术领... 详细信息

CdMnxTe(cdmnte)晶体是一种性能优异的新型三元化合物半导体材料,具有禁带宽度大、平均原子序数高和密度大等优点,可以替代CdZnTe晶体成为辐射探测器的主要候选材料,广泛地应用于核医学、空间科学、机场安检、核废料监测及其它核技术领域。因而,对其进行研究具有重大的应用意义。目前,cdmnte晶体最常用的制备方法是垂直布里奇曼法(Vertical Bridgman,VB),但是该方法晶体生长温度高(1120℃),生长出的晶体成分均匀性及缺陷浓度均不理想。移动加热器法(Traveling Heater Method,THM)综合了液相外延和区熔法的共同优点,采用远低于晶体熔点的低温生长,并在区熔提纯的作用下,能有效提高晶体的成分均匀性并降低晶体的缺陷浓度。本文研究了温度场对于移动加热器法制备cdmnte晶体的性能影响,重点分析了不同温度场下生长的cdmnte晶体的生长界面、成分分布、杂质含量、Te夹杂相以及相关电学性能。本文主要研究内容与结果如下:1.分别使用950℃、900℃和850℃的生长温度场生长得到了直径为31 mm、长度为130 mm的三根In掺杂cdmnte(cdmnte:In)晶体,并对生长界面进行研究分析。其生长界面的宏观形貌均表现为凹型,但其界面凹陷深度分别为10mm、3mm和7mm,相应的界面曲率分别为0.34、0.09和0.24,其中900℃晶体的生长界面最接近于平面型。另外,从生长界面微观形貌可以看出,950℃和850℃晶体生长界面存在一些不受控制的生长前端,而且界面的中间区域粗糙度也比较大。而900℃晶体生长界面相对平滑,且界面中间区域呈微凸状,有利于生长出高质量大尺寸的单晶。2.研究了cdmnte晶体的生长界面对晶体中的Te夹杂相、Mn成分分布的影响。900℃生长的cdmnte晶体其Te夹杂相的浓度及尺寸都较低,这主要归因于平滑的晶体生长界面。另外,晶体生长界面形貌会影响晶体中的Mn成分分布。900℃生长的cdmnte晶体中Mn含量轴向和径向分布均匀性都要优于950℃和850℃生长的晶体。同时,CdMnxTe晶体的禁带宽度也可以反映晶体中Mn的含量。实验测得900℃生长的晶体,其禁带宽度处在1.5875.60 eV之间,相对于950℃和850℃晶体,这个数值更接近于理论值1.5883eV(x=0.1)。3.研究了THM法生长的cdmnte晶体中的杂质含量分布。由于THM法的区熔提纯作用,cdmnte晶锭的尾部(Te溶剂区)的杂质含量明显高于cdmnte晶体中。同时,随着生长温度的降低,晶体中的杂质含量也不断降低。傅立叶红外透过率测试表明950℃、900℃和850℃生长晶体的红外透过率分别为51%、65%和54%,较小的Te夹杂相浓度及尺寸,较低的杂质含量会明显提高cdmnte晶体的红外透过率。PL谱测试表明900℃生长的cdmnte晶体存在(D0,h)峰而不存在DAP峰,且(D0,X)峰的半峰宽(FWHM)相对更低,说明900℃晶体质量最好。4.研究了cdmnte:In晶体的电学性能和能谱响应特性。研究发现950℃、900℃以及850℃生长的晶体电阻率范围分别为4.32′108.35′10Ω×cm、2.59′10.25′1010Ω×cm和1.28′10.55′10Ω×cm。晶体导电类型均为n型,且900℃生长的晶体具有相对更低的载流子浓度和相对更高的载流子迁移率。采用950℃、900℃和850℃生长晶体制成的MSM型cdmnte探测器在300V偏压下对241Am均有能谱响应,能量分辨率分别为17.2%、8.23%和13.27%。

关键词：移动加热器法 cdmnte 生长温度生长界面

ACRT-Te溶液Bridgman法生长的In掺杂cdmnte界面研究(英文)

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中国有色金属学会会刊：英文版 2012年第S1期22卷 143-147页

作者：杜园园介万奇郑昕王涛白旭旭于晖西北工业大学材料学院凝固技术国家重点实验室西安710072 上海交通大学物理系人工结构及量子调控教育部重点实验室上海200240

采用ACRT-Te溶液垂直布里奇曼法成功制备出直径为30mm、长度为60mm的cdmnte晶锭。相对于普通布里奇曼法生长的cdmnte晶锭,Te溶液法生长的 cdmnte晶锭中的孪晶大大减少。但是由于较高的Te夹杂相密度,红外透过成像显示晶锭生长界面的微观... 详细信息

采用ACRT-Te溶液垂直布里奇曼法成功制备出直径为30mm、长度为60mm的cdmnte晶锭。相对于普通布里奇曼法生长的cdmnte晶锭,Te溶液法生长的 cdmnte晶锭中的孪晶大大减少。但是由于较高的Te夹杂相密度,红外透过成像显示晶锭生长界面的微观形貌既不均匀也不规则。同时,采用激光共聚焦显微镜也观察到cdmnte富Te区存在无规律沉积的含有孔洞的不规则形状Te相。如果采用合适的生长工艺得到较为平直的生长界面,Te溶液垂直布里奇曼法可以有效减少cdmnte晶体中的孪晶。

关键词：溶液法生长垂直Bridgman法 cdmnte 孪晶生长界面 Te夹杂相

CdTe/cdmnte量子阱中电子散射率的研究

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CdTe/CdMnTe量子阱中电子散射率的研究

作者：贾召赛曲阜师范大学

学位级别：硕士

随着半导体材料生长技术的发展,可以制备出不同形状的量子阱(Quantum Wells,QWs)。逆抛物量子阱(Inverse Parabolic Quantum Wells,IPQWs)具有较大的斯塔克位移(Stark Shift),在光电器件中具有重要的应用价值。半导体材料cdmnte中磁性离... 详细信息

随着半导体材料生长技术的发展,可以制备出不同形状的量子阱(Quantum Wells,QWs)。逆抛物量子阱(Inverse Parabolic Quantum Wells,IPQWs)具有较大的斯塔克位移(Stark Shift),在光电器件中具有重要的应用价值。半导体材料cdmnte中磁性离子Mn的存在,使其同时具有半导体材料和磁性材料的性质,被认为是最有前途的室温辐射探测器材料之一。电子散射是影响半导体器件输运性能的重要因素之一,而关于cdmnte逆抛物量子阱中电子散射规律的研究较少。本文基于有效质量包络函数近似理论,采用打靶法和费米黄金定则对cdmnte/cdmnte逆抛物量子阱中的电子散射率进行了计算和分析。并将其与方形量子阱(Square Quantum Well,SQW)、抛物量子阱(Parabolic Quantum Well,PQW)和三角量子阱(Triangular Quantum Well,TQW)中的计算结果进行了比较,主要内容如下:1.简单介绍了量子阱的概念和应用,以及逆抛物量子阱的性质。阐述了cdmnte材料的性质、载流子散射机制及其研究意义。2.介绍了计算过程中所采用的理论方法,包括有效质量包络函数近似、打靶法和费米黄金定则,以及计算中所采用的量子阱模型。3.研究了cdmnte/cdmnte逆抛物量子阱中的电子-LO声子散射率,并分析了散射率随Mn组分、阱宽、温度、电子密度和外场的变化。结果显示,增加Mn组分和阱宽会导致第一激发态和基态之间的能级差减小。当能级差等于LO声子能量时,散射率达到峰值。随着能级差逐渐远离LO声子的能量,散射率降低。初态电子总能量的增加导致电子总能量与基态能量之间的能量差增加,电子跃迁到基态需释放的能量增加,散射率降低。当初态电子总能量不足以发射一个LO声子时,散射率降为零。LO声子密度随着温度的增加而增加,散射率上升。增加电子密度会导致基态中未被电子占据的量子态数量减少,电子跃迁到基态的概率降低,散射率下降。施加电场导致量子阱的限制势发生倾斜,电子溢出量子阱,散射率降低。施加磁场对散射率产生的影响较小。4.研究了cdmnte/cdmnte逆抛物量子阱中的电子-LA声子散射率,并分析了散射率随Mn组分、阱宽、温度、电子密度和外场的变化。结果表明,与LO声子相比,LA声子能量很小,散射率比电子-LO声子散射率小两个数量级。增加Mn组分时,散射率先下降后上升。这是因为在电子密度固定的情况下,当电子与LO声子之间的散射占据主导地位时,则与LA声子相互作用的电子数目减少,散射率下降;反之,散射率上升。量子阱对电子的束缚随着阱宽的增加而减弱,散射率降低。增加温度导致LA声子密度增加,散射率增加。基态中未被电子占据的量子态数量会随着电子密度的增加而减少,散射率降低。同样,施加电场导致限制势发生倾斜,电子溢出量子阱,散射率降低。磁场对散射率产生的影响较小。5.研究了cdmnte/cdmnte逆抛物量子阱中的电子-电子散射率,并分析了散射率随Mn组分、阱宽、温度、电子密度和外场的变化。结果表明,增加Mn组分和阱宽会导致第一激发态和基态之间的能级差减小,电子跃迁到基态需释放的能量减小,散射率增加。当温度较低时,电子动能较低,增加温度导致电子动能增加,电子之间碰撞的概率增加,散射率增加;当温度较高时,电子动能较高,导致电子跃迁到基态需释放的能量较大,散射率降低。增加电子密度导致电子之间的库仑相互作用增大,散射率增加。施加电场破坏了限制势的对称性,电子-电子对称散射率降低。磁场对散射率产生的影响较小。6.研究了CdTe/cdmnte方形、抛物和三角量子阱中的电子散射率随Mn组分和阱宽的变化,并将其与逆抛物量子阱中的计算结果进行了比较。研究结果显示,与方形量子阱、抛物量子阱和三角量子阱相比,逆抛物量子阱中的电子基态能量和第一激发态能量较高,而逆抛物量子阱中第一激发态和基态之间的能级差较小,所以逆抛物量子阱中的电子更容易跃迁到基态,导致其电子散射率高于其他三种形状的量子阱。

关键词： cdmnte 量子阱打靶法费米黄金定则散射率

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In掺杂对cdmnte晶体性能的影响

In掺杂对CdMnTe晶体性能的影响

第六届中国功能材料及其应用学术会议

作者：张继军王领航王涛曾冬梅介万奇西北工业大学材料科学与工程学院

采用垂直 Bridgman 法生长了 In 掺杂 cdmnte 晶体(cdmnte：In)和本征的 cdmnte 晶体(cdmnte)．X 射线粉末衍射、X 射线双晶摇摆曲线和位错密度测试表明,所生长晶体均为立方闪锌矿结构,半峰宽为40～80arc sec,位错密度为10～10cm, 结晶... 详细信息

采用垂直 Bridgman 法生长了 In 掺杂 cdmnte 晶体(cdmnte：In)和本征的 cdmnte 晶体(cdmnte)．X 射线粉末衍射、X 射线双晶摇摆曲线和位错密度测试表明,所生长晶体均为立方闪锌矿结构,半峰宽为40～80arc sec,位错密度为10～10cm, 结晶质量良好．In 掺杂不影响晶体的结构和结晶质量．电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)测试表明,cdmnte：In 晶体的电阻率为1～3×10Ω·cm,与 cdmnte 晶体相比上升了3个数量级．近红外光透过光谱(IR transmission)研究发现 In 掺杂后 cdmnte 晶体红外透过率降低,在波数范围 4000～1000cm,cdmnte 晶体红外透过率为51．2％～ 56．4％,而 cdmnte：In 的红外透光率为15．4％～21．6％．

关键词： cdmnte In 掺杂 X 射线衍射电阻率红外透过率

来源： cnki会议评论

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In掺杂对cdmnte晶体性能的影响

功能材料 2007年第A3期38卷 1030-1033页

作者：张继军王领航王涛曾冬梅介万奇西北工业大学材料科学与工程学院陕西西安710072

采用垂直Bridgman法生长了In掺杂Cd0.3Mn0.2Te晶体（cdmnte：In）和本征的Cd0.8Mn0.2Te晶体（cdmnte）。X射线粉末衍射、X射线双晶摇摆曲线和位错密度测试表明，所生长晶体均为立方闪锌矿结构，半峰宽为40～80arc Sec，位错密度为100～1... 详细信息

采用垂直Bridgman法生长了In掺杂Cd0.3Mn0.2Te晶体（cdmnte：In）和本征的Cd0.8Mn0.2Te晶体（cdmnte）。X射线粉末衍射、X射线双晶摇摆曲线和位错密度测试表明，所生长晶体均为立方闪锌矿结构，半峰宽为40～80arc Sec，位错密度为100～100cm^-2，结晶质量良好．In掺杂不影响晶体的结构和结晶质量。电流．电压（I-V）测试表明，cdmnte：In晶体的电阻率为1～3×10^9Ω·cm，与cdmnte晶体相比上升了3个数量级．近红外光透过光谱（IR transmission）研究发现In掺杂后cdmnte晶体红外透过率降低，在波数范围4000～1000cm^-1，cdmnte晶体红外透过率为51．2％～56．4％，而cdmnte：In的红外透光率为15．4％～6％。

关键词： cdmnte In掺杂 X射线衍射电阻率红外透过率